Die STRUKTUR im Mischfutter für Schweine bzw. Masthähnchen: Auswirkungen (in vivo/in vitro) bei experimenteller Infektion mit Zoonoseerregern

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1 J. Kamphues, Institut für Tierernährung (Stuttgart, 10./ ) Die STRUKTUR im Mischfutter für Schweine bzw. Masthähnchen: Auswirkungen (in vivo/in vitro) bei experimenteller Infektion mit Zoonoseerregern

2 Gliederung Charakterisierung der STRUKTUR im Mischfutter (MF) Auswirkungen der MF-Struktur auf die GESUNDHEIT In vivo/in vitro-untersuchungen (METHODISCHES) MF-Struktur: Effekte bzgl. SALMONELLEN MF-Struktur: Effekte bzgl. SONSTIGER ERREGER Einordnung der Ergebnisse im KONTEXT Zusammenfassung

3 Vorgehen bei der Siebanalyse und mögliche Einflüsse auf das Ergebnis (Kamphues et al. 2007) Probenmaterial: Vorbehandlung: Technik: - Einflüsse: Probleme: Fehlerquellen: SCHROTFÖRMIGES FUTTER keine Siebturm (diverse Siebe) aufgegebene Probenmenge Art der Bewegung (horiz./vertikal) Dauer des Siebvorgangs (von Hand/automatisiert auf einem Schüttler Verstopfen feiner Siebe verbackene Partikel (Melasse, Öl) Zerkleinerung durch Scherkräfte (?) Partikel an Siebunterseite (?) PELLETIERTES / GEBRÖSELTES FUTTER Suspendierung im Wasser bis zum Zerfall (1 h) Hierbei: Quellung und Lösung Siebturm (diverse Siebe) aufgegebene Probenmenge Intensität der Spülung (Wassermenge / Wasserdruck) Art und Intensität der Siebbewegungen ohne Bewegung Länge der Partikel! Verstopfen feiner Siebe mit Bewegung Durchmesser der Partikel! Agglomerate verbleiben auf oberen Sieben Ungleichmäßige Wasserverteilung Standardisierung: Probenmenge sowie Dauer u. Intensität der Siebbewegungen Suspendierung Spülvorgang Suspendierung Spülvorgang Siebbewegung zusätzlich beachten: Probenmaterial aus Probenteiler! Gelöste Substanzen in der feinsten Fraktion (< 0,xx mm) 3

4 Darstellung der Ergebnisse einer Siebanalyse Alle Anteile aller Fraktionen unterschiedlicher Korngröße - sehr detailliertes Bild (tabellarisch/graphisch) - Nachteile: übersichtlich/vermittelbar/auswertbar? Mit einer einzigen Maßzahl > 1000 µm = 37,0 % < µm = 31,6 % < 200 µm = 31,4 % - mittlerer Durchmesser aus der Summenprozentkurve 500 µm - dmean (discrete mean particle size; = arithm. Mittel; Fokus auf dem Sieb) 972 µm - GMD (geometric mean diameter; Siebgröße logarithmiert) 508 µm Praxislösungen (vereinfacht/vor Ort umsetzbar) - Beschränkung auf kritische Siebgrößen, d. h. z. B. < 0,2/> 1,0 mm - Schüttelbox mit visueller Auswertung etc. - sensorische Prüfung (visuelle Beurteilung von Getreideteilen etc.) > 1000 µm = 37,0 % < 200 µm = 31,4 % Wolf, Arlinghaus, Kamphues, Sauer, Mosenthin

5 Die Mischfutterstruktur: Eine Resultante aus diversen Einflüssen (Kamphues et al. 2007) VERMAHLUNG - Art der Zerkleinerung (Zertrümmern) - Siebloch-Durchmesser (HM) - nachgeschaltete Siebung ART/ANTEIL von Komponenten - pflanzenanatomische Einflüsse - Struktur der Ergänzungen (Min.stoffe etc.) - bestimmte Nebenprodukte Struktur des Futters bei der Aufnahme durch das Tier - Partikelgrößen-Verteilung - KONFEKTIONIERUNG - Pelletierung (an sich) - Pellet-Durchmesser ( Strukturverlust ) - Nachträgliche Bröselung ( ) ANGEBOTSFORM - als Trockenfutter (Förderungstechnik) - als Flüssigfutter (Standzeit/Rühreffekte) - als Breifutter (Quellung)

6 Die Gesundheit des Magen-Darm-Traktes - Facetten, die einer näheren Charakterisierung dienen Morphologie/Integrität Anatomische / histologische Entwicklung / Integrität der Schleimhaut im MDT Primärfunktionen des MDT - Verdauung - Absorption - Exkretion Gesundheit des Magen-Darm-Traktes Gastrointestinalflora - residente Flora - exogene Keime inkl. Zoonose- Erreger - Eu-/Dysbiose Immunologische Funktion - Kontakt zu Antigenen - zelluläre Abwehr - Antikörpersekretion Kamphues

7 Die Pancreasmasse (in Relation zur KM) unter dem Einfluss einer unterschiedlichen Mischfutterstruktur beim Schwein und Geflügel Vermahlung Konfektionierung GMD (µm) Schwein Pancreasmasse (% der KM) fein (H) Pellet 292 0,188 a ± 0,016 grob (W) Schrot 534 0,205 a ± 0,019 grob (W) Pellet 486 0,181 a ± 0,023 grob (W) Extrudat 344 Arlinghaus ,191 ab ± 0,020 Vermahlung Konfektionierung dmean (µm) Broiler Pancreasmasse (% der KM) fein (H) Pellet 520 0,160 b ± 0,025 grob (W) Pellet 856 0,176 a ± 0,026 fein (H) Pellet + W 1) 972 0,160 b ± 0,027 grob (W) Extrudat 437 Witte ,172 a ± 0,029 1) 22 % des AF in Form ganzen Weizens in die Pelletierung geben

8 Drüsenmagen-Dilatation Prävalenz und Ausprägung von Dilatationen (PD) Mischfutter Pellet fein Pellet grob Pellet mit Korn Extrudat sezierte total (n) Tiere d 35 (n) Tiere mit PD (n) (%) 1) 8 (10,7 / 16,7) 1 (1,33 / 1,92) 1 (1,33 / 2,00) 1 (1,33 / 1,92) Grad ggr. der PD mgr. hgr ) Bezogen auf die Gesamtzahl der Versuchstiere / Tiere, die in der letzten Versuchswoche seziert wurden Drüsenmagen-Dilatationen wurden ausschließlich in der letzten Versuchswoche beobachtet (Praxis: letzte Mastwoche) Witte

9 Zum Einfluss der Futterstruktur auf die Morphologie (Ausformung) des Übergangs vom Dünn- zum Dickdarm bei jungen Schweinen (nach Cappai et al. 2012) Ileumwand-Dicke Ileum Caecalklappe mucosal crests Darmwanddicke am Ende des Ileums feine Pellets: geringste Werte grobes Schrot: höchste Werte (+ 86 %) Caecum Caecal-Klappe ( Ventil ), d.h. Übergang zum Dickdarm feine Pellets/Extrudat: längste, aber dünnste Ausformung grobes Schrot: kürzere, aber stärkste Ausformung Schleimhaut-Falten ( mucosal crests ) am Ileumende Extrudat/feine Pellets: geringste Anzahl grobes Schrot: höchste Anzahl (+ 55 %) Trennung von Dünn- und Dickdarm-Chymus? Retrograde Chymusbewegung Keime vom Dick- in den Dünndarm?

10 Versuche zur Bedeutung der MF-Struktur für Bakterien bzw. Erreger im Magen-Darm-Trakt von Schweinen und Broilern normale GIT-Flora pathogene E. coli Streptococcus suis Campylobacter spp. Salmonella (S. ent./s. derby) Tier (Schw/Broiler) Mensch - (+) +/ Charakterisierung Infektion/ Inkubation Autoren 1) Bullermann 2012 Üffing 2012 v. u. z. Mühlen 2015 Koop 2013 Üffing 2012 Ratert 2013 Koop ) Fokus Schwein: Bullermann (2012), Koop (2013), v. u. z. Mühlen (2015) Fokus Broiler: Üffing (2012), Ratert (2013)

11 Zum Einfluss der Mischfutter-STRUKTUR auf die Magen-Darm-Flora junger Schweine (Flat-Deck-Phase) Mischfutter Vermahlungsart Pellet fein Hammermühle Schrot grob Walzenstuhl Pellet grob Walzenstuhl Extrudat grob Walzenstuhl > 1mm (%) 8,97 45,8 41,6 29,3 < 0,2 mm (%) 42,4 27,2 32,7 43,7 ph (Pylorus) 3,76 a 2,83 b 3,62 a 3,31 ab E. coli (log 10 KbE/g Chymus) kaudaler Dünndarm 6,10 a ± 0,743 4,96 b ± 1,18 5,68 ab ± 0,752 5,33 ab ± 0,972 Laktobazillen (log 10 KbE/g Chymus) Caecum 7,45 a ± 0,600 8,15 b ± 0,657 8,08 b ± 0,564 8,01 b ± 0,749 Bullermann et al

12 Nachweis von Salmonellen im Caecuminhalt sowie in Leberproben von Broilern ( contact birds ) bei unterschiedlicher MF- Struktur und experimenteller Infektion von zwei Tieren/Gruppe Qualitativer Nachweis von Salmonella spp. Caecuminhalt Leberproben number of samples a 17 a 26 a 7 26 a number of samples a 22 a 8 25 a 0 Pellet, fine b Pellet, coarse Pellet, whole wheat Extrudate 0 Pellet, fine Pellet, coarse Pellet, whole wheat b Extrudate number of samples positive samples a,b: p < 0.05 Ratert et al. 2013

13 Die Magenchymusacidierung ( Magenbarriere ) bei Absetzferkeln: Bedeutung für E. coli (definierter Stamm, Durchfallerreger)? Ansatz 1 Inkubationsversuch Spezifizierte E. coli-keime werden in vitro dem Magenchymus unterschiedlich gefütterter Spendertiere ausgesetzt Ansatz 2 Infektionsversuch Spezifizierte E. coli-keime werden mit dem Futter verabreicht; 1,5 h danach Tötung zur Chymusgewinnung Überlebensrate nach unterschiedlicher Expositionsdauer (3 Min. 240 Min.) Keimzahlen dieses applizierten E. coli- Keimes an verschiedenen Lokalisationen?? Elimination im Magenchymus Passage des vorderen Verdauungstraktes von und zur Mühlen

14 Die Überlebensrate von Salmonella Derby in-vitro (Magenchymus) bei unterschiedlicher MF-Struktur Fütterung des Spendertieres: feines, pelletiertes MF bzw. grobes schrotförmiges MF In-vitro-Bedingungen: Einsatz von Magenchymus aus der Fundusregion Inkubation mit S. Derby über 3, 60, 120 und 240 Min. Koop et al

15 Die Überlebensrate von Streptococcus suis in-vitro (Magenchymus) bei unterschiedlicher MF-Struktur Koop

16 Ergebnisse aus den E. coli-inkubations- /Infektionsversuchen (Absetzferkel) Ansatz 1 Inkubation im Magenchymus Ansatz 2 Infektion mit spezif. E. coli Keimgehalt log/g Chymus (rel. Anteil %): Mischfutter PF fein pelletiert SG grobes Schrot Bouillon 9,41 (100) 9,34 (100) 3 min 8,08 (86) 8,18 (88) 60 min 8,19 (87) 8,24 (88) 120 min 8,54 (91) 8,07 (86) 240 min 8,48 (90) 8,13 (87) log/g Chymus Erregerkonzentration im Chymus M dd1 dd2 dd3 Cae M = Magen, dd1-3 = cran. bis caud. Dünndarm, Cae = Caecum PF SG EG PG SG3 PG3 selbst nach 4 h: noch ca. 90 %! kein Einfluss der MF-Struktur! höchste ph-toleranz! Unterschied zu Salm. oder Streptoc.! ein erheblicher Teil der Erreger überwindet die Magenbarriere (fließt vermutlich mit flüssiger Phase dem Futter voraus/1,5 h Caecum!) v. u. z. Mühlen

17 Einflüsse der MF-Struktur auf das Vorkommen bzw. die Keimzahl von Campylobacter im Caecuminhalt von Broilern (nach Üffing 2012) Bezeichnung Pellet, fein Pellet, grob Pellet, g.k. 1) Extrudat Vermahlung Kompaktierung fein (HM) Pellet grob (WS) Pellet fein (HM) Pellet grob (WS) Extrudat n (Tiere, gesamt) n (Tiere, getestet) jeweils 3 x 5 Nachweis von C. 8/15 6/15 5/15 9/15 Keimzahl bei pos. Tieren (log KBE/g Chymus) 2,64 ab (2,74) 2,12 ab (2,78) 1,45 b (2,23) 3,52 a (3,07) 1) gk: 22 % ganzer Weizen in die Pelletieranlage; 78 % der Mischung feine Vermahlung in der Hammermühle

18 Die MF-STRUKTUR bei Schweinen/Broilern: Ergebnisse im Kontext Getreide (Arten/Sorten) Art und Intensität der Zerkleinerung/Vermahlung bestimmen maßgeblich die STRUKTUR im Mischfutter (eine Funktion, die prinzipiell dem Grundfutter in der Wiederkäuer-Fütterung vergleichbar ist) MF-Struktur Neben der Verdaulichkeit gibt es vielfältigste Auswirkungen im/am GIT, u. a. anatomischer, histologischer, ernährungsphysiologischer, mikrobiologischer Art (es geht um mehr als nur um die Vermeidung von Magenulzera) Erreger (mit/ohne zoonotische(r) Relevanz) Diverse Effekte (s. o.) am/im GIT führen zu Vorteilen einer gröberen MF-Struktur, wenn es um spezielle Zoonose-Erreger geht (d. h. eine geeignete MF- Struktur mindert Risiken für bestimmte LM-Kontaminationen)

19 Möglichkeiten einer verstärkten Berücksichtigung/Nutzung des Faktors STRUKTUR im Futter von Schweinen und Geflügel Maßnahmen/Möglichkeiten Schweine Geflügel Auswahl der Getreideart Spelz- statt Nacktgetreide evtl. Hafer-/schalen (Weizen/Mais) Einsatz intakten Getreides (ganzes Korn) Art der Vermahlung von Getreide - Walzenstuhl u. ä. statt Hammermühle verbreitet (evtl. kombinierte Fütterung) Intensität der Vermahlung Sieblochdurchmesser / Drehzahl / Walzenabstand Verzicht auf Pelletierung (Kompaktierung) Risiko der Entmischung bei Legehennen üblich, sonst selten Ergänzung mit Struktur Einzel-FM (Non-cereal-ingredients) Limitierung feinstpartikulärer Komponenten Partikuläre Lignocellulose Extra- Angebot von Grundfutter 1) Schalen-/Spelzen-/Lignin-reiche Einzel-FM Nebenprodukte der Bäckerei/Altbrot/ähnliche Komponeneten Ansätze, aber Effekte noch offen Maisganzpflanzensilage u.ä 1) eher unter ethologischen Aspekten aktuell in der Diskussion

20 Einordnung und Bedeutung der Ergebnisse Es gibt einen STRUKTUR- Bedarf bei Schweinen und Geflügel! - anatomische/morphologische/histologische Entwicklung - Differenzierungen im Mageninhalt/ Taktgeber im Muskelmagen beim Geflügel - Extraenterale/systemische Reaktionen auf physikalische Eigenschaften des Futters Effekte bei mangelnder Struktur! Störungen der Magengesundheit - Magenschleimhaut in der Pars nonglandularis von Schweinen - Barriere-Funktion des Magens (Azidierung des Chymus, betrifft auch Zoonosen) - Drüsenmagen-Dilatation des Mastgeflügels Störungen der Darmgesundheit - Muzin-Qualität der Darmschleimhaut-Abdeckung - Vorteile einer postilealen Stärke-Verdauung (s. Salmonellen) - Morphologische-funktionale Interaktionen? (s. Retrograde Chymusbewegung?) Struktureffekte außerhalb des MDT? - s. Speicheldrüsen (Schwein) - s. Pancreas-Masse - Verhalten (s. Legehennenfütterung)

21 Die altbekannte und hochaktuelle Herausforderung in TIERERNÄHRUNG/TIERHALTUNG/TIERMEDIZIN: Gesundheit Leistung Das Maß, die Summe der Weisheit